KR19980071127A - 선형 주사 마그네트론 스퍼터링 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

기판상에 재료를 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 소스는 재료가 스퍼터링되는 타깃과, 상기 타깃의 표면에 플라즈마를 한정하는 타깃 근처에 배치된 자석 어셈블리와, 상기 타깃에 비례하여 자석 어셈블리를 주사하는 드라이브 어셈블리를 포함한다. 스퍼터링 소스는 자석 어셈블리가 타깃에 대해 주사될 때 일정하는 플라즈마 특성을 유지하기 위해 애노드를 더 포함한다. 애노드는 자석 어셈블리에 앞서서 주사경로의 양쪽 단부에 또는 양쪽 단부 근처에 배치된 가변전압 정지 전극, 상기 타깃 및 기판사이에 배치된 일정한 간격을 둔 애노드 와이어 또는 자석 어셈블리와 함께 주사되는 가동 애노드로써 실행될 수있다. 자석 어셈블리의 자석 엘리먼트는 증착재료 두께의 균일성을 향상시키기 위하여 타깃의 표면으로부터 다른 공간을 가질 수있다. 타깃은 열 변화에 대한 민감성을 감소시킨 보강 엘리먼트에 결합된 타깃 엘리먼트를 각각 가진 섹션으로 제조될 수있다. 타깃은 그것의 이용성이 증가되도록 그것의 동작 라이프동안 제 1 소정위치로부터 자석 어셈블리에 대한 제 2 소정위치로 적어도 한번 회전된다.

Description

선형 주사 마그네트론 스퍼터링 방법 및 장치

본 발명은 기판 위에 스퍼터링된 막을 증착하는 것에 관한 것이며, 특히 긴 타깃 수명 및 넓은 면적의 기판에 대하여 균일한 증착 두께를 제공하는 선형 주사 마그네트론 스퍼터링 방법 및 장치에 관한 것이다.

스퍼터링 코팅으로 알려진 스퍼터 증착은 예를 들어 평면 패널 디스플레이용 유리 패널, 하드 디스크 드라이브용 자기 디스크 또는 반도체 웨이퍼와 같은 기판 위에 원하는 재료의 얇은 막을 증착하기 위한 기술이다. 일반적으로, 플라즈마로부터의 불활성 가스의 이온은 증착될 재료의 타깃으로 가속된다. 타깃 재료의 자유 원자는 이온이 타깃과 충돌할 때 방출된다. 자유 원자의 일부는 기판 표면 위에 모아져서 얇은 막을 형성한다.

공지된 스퍼터링 기술중 하나는 마그네트론 스퍼터링이다. 마그네트론 스퍼터링은 스퍼터링 작용을 집중시키기 위하여 자기장을 이용한다. 자석은 타깃 뒤에 배치되며, 자기장 라인은 타깃을 관통하며 그 표면에 아아크를 형성한다. 자기장은 타깃 표면 근처 영역 내에 전자를 한정하도록 한다. 그 결과 증가된 전자 농도는 높은 밀도의 이온을 형성하고 스퍼터링 공정 효율을 향상시킨다.

공지된 자석 및 가동 자석 구조 모두가 마그네트론 스퍼터링에 이용되어 왔다. 가동 자석을 이용하는 종래의 제 1 스퍼터링 시스템에서, 타깃은 원형이며 자석 구조는 타깃 중심에 대하여 회전한다. 가동 자석을 이용하는 종래의 제 2 스퍼터링 시스템에서, 타깃은 직사각형 또는 정사각형이며 자석 구조는 타깃에 대하여 선형 경로를 따라 주사된다. 가동 자석을 이용하는 종래의 제 3 스퍼터링 시스템에서, 타깃은 직사각형이며 기판은 스퍼터링 중에 타깃 표면에 평행한 면에서 이동된다. 상기 제 2 스퍼터링 시스템은 예를 들어 1995년 1월 17일 공고된 호소카와 등의 미국특허 제 5,382,344호 및 1996년 10월 15일 공고된 데머레이 등의 미국특허 제 5,565,071호에 개시되어 있다.

직사각 또는 정사각형 타깃 및 선형 주사 자석 구조를 이용하는 종래 스퍼터링 시스템은 큰 타깃 어셈블리를 필요로 한다. 상기와 같은 타깃 어셈블리는 일반적으로 단일 냉각 후면 플레이트에 결합된 타깃 타일 땜납을 포함한다. 상기 결합된 타깃 타일과 후면 플레이트는 바이메탈 구조를 형성하며, 상기 바이메탈 구조는 상이한 열 팽창률 때문에 온도 변화에 따라 결합 중에 영구적으로 구부러진다. 구부러짐을 최소화하기 위한 종래 기술의 의도는 타깃 타일 세그먼트, 타깃 타일 세그먼트사이의 팽창 갭, 저융점 땜납 및 타깃 재료의 팽창/수축 계수와 밀접하게 매칭되는 후면 플레이트 재료를 이용하는 것이다. 타깃의 구부러짐은 인듐 주석 산화물 타일 및 구리 후면 플레이트를 이용하는 17인치 타깃의 경우 최고 .060인치까지 발생할 수 있다. 타깃 어셈블리의 구부러짐은 타깃과 기판 간격의 변화를 초래하여 마그네트론 소스 동작에 중요한 다른 설계 파라미터를 변형시킬 수 있다.

스터드(stud)의 배치에 의하여 타깃 세그먼트가 마운팅 플레이트 위에 장착되는 스퍼터 캐소드는 오커 등의 미국 특허 제 5,536,380호에 개시되어 있다. 각각의 타깃 세그먼트는 타깃 후면 플레이트 및 상기 후면 플레이트에 결합된 타깃을 포함한다.

선형 주사 스퍼터링 시스템은 일반적으로 경마트랙형 플라즈마라고 불리는 가늘고 긴 타원 형상의 폐쇄루프 플라즈마를 형성하는 자석 어셈블리를 이용한다. 자석 어셈블리는 경마트랙형 플라즈마의 긴 쪽에 수직인 방향으로 타깃에 대하여 주사된다. 그 결과 타깃의 침식은 플라즈마의 단부에서 가장 크게 발생되며, 따라서 주사 방향에 평행하게 타깃의 각각의 에지를 따라 침식 홈이 형성된다. 기판의 오염을 방지하기 위하여, 스퍼터링은 침식 패턴이 소정 위치에서 타깃 재료의 전체 두께를 제거하기 전에 정지되어야 한다. 소정 위치에서의 침식이 초기 타깃 두께를 거의 제거하였다면 타깃은 교체되어야 한다. 따라서, 주어진 제조 공정에서, 단지 일부의 기판만이 하나의 타깃으로부터 코딩될 수 있다. 타깃의 침식을 보다 균일하게 함으로써, 타깃 재료의 대부분은 교체되기 전에 충분히 이용될 수 있다.

선형 주사 스퍼터 소스는 일반적으로 냉각 후면 플레이트에 부착된 큰 직사각형 또는 정사각형 타깃을 가진다. 이러한 구조는 일반적으로 접지에 대하여 수백 볼트의 음전압인 캐소드 전위에서 동작한다. 타깃의 후면 플레이트쪽 위에서, 경마트랙형 자석 어셈블리는 적합한 전기장이 제공될 때 플라즈마를 유지하기에 충분한 자기장을 타깃 표면에 형성한다. 전기장은 접지 전위로 유지되는 챔버 내에서 캐소드 전위로 타깃 구조를 동작시킴으로써 생성된다. 타깃 표면에서의 전기장은 챔버 사이즈와 형상 및 형성된 플라즈마 특성에 의하여 영향을 받는다. 거의 진공 상태에서 자기장 및 전기장의 결합은 스퍼터링 작용이 발생하도록 한다.

증착 두께 균일성은 스퍼터링 시스템에서 중요한 요구 조건이다. 큰 면적의 기판에 대하여, 균일한 증착은 큰 타깃을 사용하고 타깃에 대하여 자석 어셈블리를 선형으로 주사하여, 타깃 표면의 침식이 균일하게 되고 기판의 코팅이 균일하게 되도록 함으로써 달성된다. 그러나, 넓은 면적의 스퍼터링 시스템이 가지고 있는 본래의 형태는 두께 균일성을 제한한다.

자석 어셈블리는 타깃 표면에 평행하고 자석 어셈블리의 긴 쪽에 수직으로 선형으로 주사된다. 이러한 운동은 타깃 표면으로부터 멀리 수 밀리미터 형성된 플라즈마가 타깃 표면사이에 스위핑되도록 한다. 스퍼터링 챔버의 형상은 증착 두께 균일성에 영향을 준다. 특히, 챔버벽이 경마트랙형 플라즈마의 단부에 상대적으로 인접할 때, 증착된 막은 기판 중심에서 상대적으로 얇고 에지에서 상대적으로 두껍다.

따라서, 본 발명의 목적은 증착 두께 균일성을 얻을 수 있는 스퍼터링 시스템을 제공하는 것이다.

도1은 선형 주사 마그네트론 시스템에 관한 개략적 평면도;

도2는 도1의 스퍼터링 시스템을 라인 2-2를 따라 취한 개략적 단면도;

도3은 도1의 스퍼터링 시스템에 대하여, 자석 어셈블리가 도1의 위치에서 좌향 편위되고, 라인 3-3을 따라 취해진 개략적 단면도;

도4는 본 발명에 따른 스퍼터링 타깃 어셈블리에 관한 개략적 평면도;

도5는 도4의 스퍼터링 타깃 어셈블리에 관한 개략적 단면도;

도6은 경마트랙형 자석 어셈블리에 의하여 생성된 침식홈들을 도시하기 위한 스퍼터링 타깃 어셈블리에 관한 개략적 평면도;

도7은 타깃의 침식을 도시하기 위한 도6의 스퍼터링 타깃 어셈블리에 관한 개략적 부분 단면도;

도8은 90% 회전된 도6의 스퍼터링 타깃 어셈블리에 관한 개략적 평면도;

도9 및 도10은 자석 어셈블리가 타깃의 표면으로부터 상이하게 이격된 자석 요소들을 포함하는 스퍼터링 시스템에 관한 개략적 단면도들;

도11은 타깃 및 표면 사이에 애노드 와이어를 사용하는 선형 주사 마그네트론 스퍼터링 시스템에 관한 개략적인 평면도;

도12는 도11의 스퍼터링 시스템을 라인 12-12에 따라 취한 단면도;

도13은 스퍼터링 티깃의 양쪽 단부 근처에 정지 애노드를 포함하는 선형 주사 마그네트론 스퍼터링 시스템에 관한 개략적 평면도;

도14는 도13의 스퍼터링 시스템을 라인 14-14를 따라 취한 개략적 단면도;

도15는 도13 및 도14의 정지 전극에 인가될 수 있는 전압 파형의 예를 도시하는, 시간함수의 전극전압에 관한 그래프;

도16은 자석 어셈블리를 사용하여 주사된 애노드를 포함하는 선형 주사 마그네트론 스퍼터링 시스템에 관한 개략적 평면도;

도17은 도16의 스퍼터링 시스템을 라인 17-17에 따라 취한 단면도;

도18은 도16의 스퍼터링 시스템을 라인 18-18에 따라 취한 단면도;

도19는 본 발명의 특징을 나타내는, 자석 어셈블리, 타깃, 그리고 애노드에 관한 확대된 부분 단면도;

도20A는 본 발명의 특징을 나타내는, 애노드 및 배플 구조에 관한 개략적인 단면도;

도20B는 도20A의 애노드 및 배플 구조를 라인 20B-20B를 따라 취한 개략적 단면도;

도21은 본 발명의 특징을 나타내는, 주사 경로상의 위치함수로된 주사 속도에 관한 그래프;

도22는 자석 어셈블리를 사용하여 주사된 애노드 및 타깃을 포함하는 선형 주사 마그네트론 스퍼터링 시스템에 관한 개략적인 평면도; 그리고

도23은 도22의 스퍼터링 시스템을 라인 23-23을 따라 취한 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 기판 22 : 타깃

24 : 자석 어셈블리 30 : 드라이브 어셈블리

40 : 자석 어셈블리 50 : 플라즈마

70 : 타깃 어셈블리 80 : 타깃 엘리먼트

94 : 키이 200 : 정지 전극

204, 206 : 애노드 와이어 250 : 애노드

254 : 지지 부재 270 : 처리가스 튜브

본 발명의 제 1특징에 따르면, 재료를 기판상에 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 소스가 제공된다. 마그네트론 스퍼터링 소스는 기판으로부터 일정간격을 유지하며 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃, 타깃 표면에 플라즈마를 한정하기 위하여 타깃에 인접하게 배치된 자석 어셈블리 및 타깃에 대하여 자석 어셈블리를 주사하기 위한 드라이브 어셈블리를 포함한다. 스퍼터링 소스는 또한 자석 어셈블리가 타깃에 대하여 주사될 때 일정한 플라즈마 특성을 유지하기 위하여 전압원에 결합될 애노드를 더 포함한다.

바람직하게, 자석 어셈블리는 타깃에 대한 주사 방향을 따라 드라이브 어셈블리에 의하여 선형으로 주사되며, 플라즈마는 긴 쪽이 자석 어셈블리의 주사 방향에 수직방향인 가늘고 긴 플라즈마 트랙을 한정한다.

제 1실시예에서, 애노드는 주사중에 자석 어셈블리에 의하여 수행되는 경로의 양쪽 끝에 또는 근처에 배치된 제 1 및 제 2 단부를 포함한다. 전압원으로부터 전극으로 공급되는 전압은 자석 어셈블리가 경로를 따라 주사될 때 변화되어 플라즈마 위치가 변화될 때 일정한 플라즈마 특성을 유지하도록 한다.

제 2실시예에서, 애노드는 타깃과 기판사이에 배치된 단부를 포함한다. 단부는 기판 위에 증착되는 타깃 재료로 전도된다. 단부는 타깃과 기판사이에 일정 간격으로 배열된 다수의 애노드 와이어 또는 그물을 포함할 수 있다.

제 3실시예에서, 가동 애노드는 자석 어셈블리에 의하여 주사되며 주사 중에 자석 어셈블리에 대하여 고정 위치를 유지한다. 애노드는 타깃과 기판사이에 배치될 수 있으며, 드라이브 어셈블리에 기계적으로 결합될 수 있다. 바람직하게, 애노드는 타깃의 양쪽 에지 주위에서 자석 어셈블리에 결합된다. 애노드는 타깃과 기판사이에 배치되고 플라즈마의 양쪽 면과 간격을 유지하는 가늘고 긴 컨덕터를 포함할 수 있다. 애노드는 냉각 유체를 순환시키거나 플라즈마 영역에 처리 가스를 전달하기 위한 튜브를 포함할 수 있다. 마그네트론 스퍼터링 소스는 플라즈마 영역에 처리 가스를 전달하기 위하여 애노드와 함께 이동될 수 있는 적어도 하나의 처리 가스 튜브를 포함할 수 있다. 처리 가스를 전달하기 위하여 이용될 때 배플 구조가 처리 가스 튜브 또는 애노드 주위에 배치될 수 있다. 배플 구조는 기판쪽 방향과 같이, 선택된 방향으로 균일한 처리 가스 시트를 전달한다. 가동 애노드는 플라즈마가 타깃과 기판에 대하여 주사될 때 일정한 플라즈마 특성을 유지시킨다.

본 발명의 제 2특징에 따르면, 재료를 기판 위에 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 소스가 제공된다. 마그네트론 스퍼터링 소스는 기판으로부터 일정간격을 유지하며 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃, 타깃 표면으로 플라즈마를 한정하기 위하여 타깃에 인접하게 배치된 자석 어셈블리 및 타깃에 대하여 주사 방향으로 자석 어셈블리를 주사하기 위한 드라이브 어셈블리를 포함한다. 자석 어셈블리는 다수의 자석 엘리먼트를 포함한다. 자석 어셈블리의 자석 엘리먼트중 적어도 하나는 타깃 표면과 다른 간격을 가진다.

바람직하게, 자석 어셈블리는 가늘고 긴 구조를 가진다. 자석 어셈블리 단부 근처의 자석 엘리먼트는 자석 어셈블리 중심 근처의 자석 엘리먼트보다 타깃 표면으로부터 더 크거나 작은 간격을 가질 수 있다. 자석 어셈블리는 흰지에 의하여 결합된 적어도 두 개의 영역을 가질 수 있다. 바람직하게, 자석 엘리먼트와 타깃 표면사이의 간격은 기판 상에 타깃 재료가 균일하게 증착되도록 선택된다.

본 발명의 제 3특징에 따르면, 마그네트론 스퍼터링 소스를 위한 스퍼터링 타깃 어셈블리가 제공된다. 스퍼터링 타깃 어셈블리는 각각 냉각 유체용 통로를 가지는 다수의 개별 후면 엘리먼트, 상기 후면 엘리먼트 표면에 결합된 타깃 엘리먼트 및 타깃 어셈블리의 미리 설정된 위치에 후면 엘리먼트와 타깃 엘리먼트를 장착하는 지지 구조를 포함한다. 지지 구조는 타깃 어셈블리의 양쪽 에지를 지지하는 지지 엘리먼트 및 인접한 후면 엘리먼트에 슬롯에 유지된 키이를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 스퍼터링 타깃 어셈블리는 4개의 타깃 엘리먼트와 4개의 후면 엘리먼트를 포함하며, 각각의 타깃 엘리먼트는 정사각 구조를 가진다.

본 발명의 제 4특징에 따르면, 마그네트론 스퍼터링 소스를 동작시키는 방법이 제공된다. 스퍼터링 소스는 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃, 타깃 표면으로 플라즈마를 한정하기 위한 자석 어셈블리 및 타깃에 대하여 자석 어셈블리를 선형으로 주사하기 위한 드라이브 어셈블리를 포함한다. 상기 방법에 따르면, 타깃은 타깃의 동작 수명 동안 적어도 한번 자석 어셈블리에 대한 제 1고정 위치로부터 자석 어셈블리에 대한 제 2고정 위치로 이동된다. 제 1 및 제 2고정 위치는 타깃 수명을 연장시키기 위하여 선택된다. 일반적으로, 타깃은 그 중심에 대하여 회전된다. 타깃 어셈블리의 제 1 및 제 2고정 위치는 타깃 중심에 대하여 ±90%만큼 상이할 수 있다.

본 발명의 제 4특징에 따르면, 마그네트론 스퍼터링 소스를 동작시키는 방법이 제공된다. 스퍼터링 소스는 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃, 타깃 표면으로 플라즈마를 한정하기 위한 자석 어셈블리 및 타깃에 대하여 자석 어셈블리를 선형으로 주사하기 위한 드라이브 어셈블리를 포함한다. 상기 방법에 따르면, 자석 어셈블리의 주사 속도는 타깃 위에 원하는 스퍼터링 막 두께 특성을 얻기 위하여 주사중에 타깃에 대하여 가변될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 주사 속도는 균일한 스퍼터링 막 두께를 얻기 위하여 타깃의 양쪽 에지 근처에서 감소된다.

본 발명의 제 6특징에 따르면, 기판 위에 재료를 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 소스가 제공된다. 마그네트론 스퍼터링 소스는 가동 어셈블리 및 기판에 대한 미리설정된 선형 경로를 따라 상기 가동 어셈블리를 주사하는 드라이브 어셈블리를 포함한다. 가동 어셈블리는 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃, 타깃 표면으로 플라즈마를 한정하기 위해 타깃에 인접하게 배치된 자석 어셈블리 및 플라즈마 영역에 전기장을 발생시키기 위한 애노드를 포함한다.

이하, 본 발명은 그 용이한 이해를 위하여 첨부도면을 인용하여 설명된다.

선형 주사 마그네트론 스퍼터링 코팅 시스템에 관한 단순화된 개략도가 도1 내지 도3에 도시되어 있다. 유리판과 같은 기판(10)이 진공실(12)내에 위치되어 있다. 선형 주사 마그네트론 스퍼터링 소스는 기판(10) 상에 증착될 재료로 된 타깃(22), 자석 어셈블리(24), 그리고 자석 어셈블리(24)가 타깃(22)에 관한 선형 경로를 따라서 주사되도록 하는 드라이브 어셈블리(30)를 포함하는 스퍼터링 타깃 어셈블리를 포함한다. 타깃 어셈블리의 구조는 이하에서 설명된다. 드라이브 어셈블리(30)는, 예컨대, 볼축(34)에 결합된 드라이브 모터(32)를 포함할 수 있다. 자석 어셈블리(24)는 볼너트(36)에 의하여 볼축(34)에 결합된다. 드라이브 모터(32)가 가동되면, 자석 어셈블리는 타깃(22) 밑에서 주사방향(28)으로 선형 경로를 따라 주사되며, 실질적으로 타깃(22)의 전 영역에 대하여 주사한다. 자석 어셈블리(24)는 선형 왕복운동을 함으로써 주사되며 타깃의 양쪽 에지(26,28)에서 또는 그 근처에서 방향전환을 한다.

자석 어셈블리(24) 내의 자석 엘리먼트(40)의 배열은 자기장을 발생시켜 타깃(22)을 침투하고 기판(10)을 대향하는 타깃(22)의 표면(42)상에 아크를 형성한다 (도19 참조). 자기장은 타깃 표면(42)의 근방에 전자들을 구속하는데 도움이 된다. 전자밀도가 증가하면 아르곤과 같은 불활성 가스의 농도를 증가시키고, 스퍼터링 공정의 효율성을 증대시킨다. 특히, 이온의 농도가 높은 영역에서 타깃(22)의 표면(42) 근처에 플라즈마(50)를 형성된다. 플라즈마(50)는 가늘고 긴 경마트랙형을 가지는 폐쇄루프 플라즈마 트랙을 이룬다. 이 플라즈마는 경마트랙형이라고 표현될 수 있다. 경마트랙형 플라즈마(50)는 자석 어셈블리(24)의 주사방향(38)에 수직하고 긴 크기를 가지도록 배치된다. 경마트랙형 플라즈마(50)의 단부는 직선이거나 만곡될 수 있고 타깃(22)의 단부(46,48)에 또는 그 근처에 위치된다. 자석 어셈블리(24)가 타깃(22)에 관하여 주사될 때, 플라즈마(50)는 자석 어셈블리(24)와 동일한 곳에 위치하며 타깃(22)의 영역을 스퍼터링한다. 플라즈마 트랙(50)의 크기 및 형상 그리고 주사동안 자석 어셈블리(24)를 따르는 경로는 타깃(22)의 거의 전체 영역을 주사하도록 그리고 타깃으로부터 재료를 스퍼터링하도록 선정된다. 스퍼터링된 재료의 일부는 기판(10)에 증착된다.

어떤 응용분야에서는, 큰 영역의 기판을 스퍼터링 코팅하는 것이 요구된다. 특히, 650 X 650 mm 정도 규모의 유리판을 스퍼터링 코팅하는 것이 요구되어질 수 있다. 통상적으로, 스퍼터링 타깃(22)은 증착된 코딩의 균일한 증착 두께를 보장하기 위하여 기판보다 약간 넓다. 따라서, 한 면이 34인치 규모의 크기를 가지는 타깃이 요구될 수 있다. 타깃 재료는 수냉 후면 플레이트에 접합되어 있고 일정한 용적을 유지하는 것과 그 동작 주기동안 평탄성을 유지되는 것이 요구된다.

본 발명의 제 1특징에 따르면, 타깃은 도4 및 도5에 도시된 단면과 같이 구성된다. 타깃 어셈블리(70)는 제 1섹션(72), 제 2섹션(74), 제 3섹션(76), 그리고 제4셕션(78)을 포함한다. 각 셕션은 후면 플레이트(82)에 접합된 타깃 엘리먼트(80)를 포함한다. 타깃 엘리먼트(80)는 기판으로 스퍼터링될 재료이다. 후면 엘리먼트(82)는 타깃 엘리먼트(80)를 위한 지지물을 형성하며 통상 냉각액의 순환을 위한 통로(84)를 포함한다. 타깃 엘리먼트(80)는 납땜에 의하여, 통상적으로는 인듐합금 납땜에 의하여, 후면 엘리먼트(82)에 접합된다. 후면 엘리먼트(82)는 예를 들어, 구리일 수 있다. 타깃 엘리먼트들 및 후면 엘리먼트들은 통상 직사각형 또는 직각형이다. 후면 엘리먼트(82)는 타깃 어셈블리(70)의 두 외부 에지를 따라 타깃 엘리먼트(80)를 통과하여 확장하며 장착 홀(86)이 구비되어 있다. 타깃 어셈블리(70)는 각각 지지 엘리먼트(90,91)에 의하여 양쪽 에지(87,88)에서 지지된다. 바람직하게는, 타깃 어셈블리(70)는 주사경로의 종단에서 단부(87,88)를 따라 지지되며, 전면 및 후면의 나머지 부분은 노출된다. 후면 엘리먼트(82)는 도4에 도시된 바와 같이 두개의 외부 에지를 따라서 장착 홀(86)이 구비되어 있어서, 타깃 어셈블리가 이하에서처럼 회전할 수 있도록 하고 있다. 타깃 섹션은 충분한 거리만큼, 통상 0.5 밀리 정도, 이격될 수 있어서 온도에 의한 팽창 및 타깃 섹션의 축소를 허용한다. 타깃 섹션들 사이의 상당히 작은 크기의 이격은 기판 상에 증착된 막의 균일성에 전혀 영향을 미치지 아니하도록 해준다. 타깃 어셈블리의 중앙부에 인접한 타깃 섹션의 인접 단부들은 키(94)에 대한 슬롯(92)이 구비될 수 있다. 키(49)는 타깃 어셈블리의 타깃 섹션에 관한 소정의 상대적인 위치를 설정해주고 타깃 표면(95)에 수직하게 타깃 섹션들이 상대적인 이동을 하는 것을 방지한다. 예를 들어, 키(49)는 2.0 X 2.0 X 0.25인치의 규모일 수 있다. 타깃 어셈블리(70)는 통상 스퍼터링 코팅 시스템에서 수직하게 설치된다. 지지 엘리먼트(90,91) 및 키(94)를 포함하는 장착구조는 타깃 어셈블리(70)에서 고정된 상대 위치에 타깃 섹션을 갖는다. 기판을 향하고 있는 타깃 표면(95)을 제외하고, 타깃 어셈블리는 바람직하게는 접지 실드(도시 안됨)로 둘러싸여 있다.

도4 및 도5에 도시되어 있고 전술된 타깃 어셈블리의 구성은 작은 타깃 섹션들을 제공함으로써 타깃이 굽어지는 것을 제한한다. 하나의 큰 타깃을 사용하는 것보다 굽어짐이 감소되기 때문에 제조 및 절차를 단순화할 수 있으며, 산화주석인듐과 같은 세라믹일 때 파괴의 위험성이 감소한다. 타깃 어셈블리는 두 개 또는 그이상의 타깃 섹션들을 가지고 제조될 수 있으며 타깃 섹션들은 어떠한 원하는 크기 및 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 면이 도6 내지 도8에 도시되어 있다. 단순화를 위하여, 각 타깃 섹션의 타깃 엘리먼트들만이 도시되어 있다. 또한, 도7에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 그들의 측면 크기에 대한 타깃 엘리먼트들의 두께는 확대되었다. 선형 주사 마그네트론 스퍼터링 소스에 대한 통상적인 침식 형태(96)가 도6 및 도7에 도시되어 있다. 타깃은 거의 전체 표면에 걸쳐 침식되어 있다(도7). 그러나, 침식 홈(100,102)은 자석 어셈블리의 주사방향(38)에 평행하게 타깃 어셈블리(70)의 양쪽 에지들을 따라 형성된다. 침식 홈(100,102)의 형성은 도 1를 참조하여 이해될 수 있다. 플라즈마(50)의 단부가 타깃(22)의 양쪽 단부(46,48)의 근처에 위치하므로, 이 영역들 상의 플라즈마의 길이는 플라즈마(50)의 중앙부에서보다 크고, 따라서 침식의 크기가 크게된다. 침식홈(100,102)이 타깃 두께에 상당히 근사하게되면, 기판 오염의 위험성을 피하기 위하여 일반적으로 타깃을 교체한다.

본 발명의 제 2면에서, 타깃 어셈블리는, 그 동작 수명동안 적어도 한번, 자석 어셈블리에 대한 상대적인 제1의 고정위치로부터 자석 어셈블리에 대한 상대적인 제 2의 고정위치로 이동된다. 도8에 도시된 바와 같이, 타깃 어셈블리(70)는 도6에 도시된 위치에 대하여 중앙(104) 둘레로 90% 회전한다. 이것은, 도8에서 보듯이, 침식홈(100,102)이 자석 어셈블리(24)의 주사방향(38)에 수직하게 되도록 한다. 타깃 어셈블리(70)의 회전 이후의 스퍼터링 시스템의 동작 동안, 주사방향(38)에 평행하게 타깃 어셈블리의 다른 두 단부상에 새로운 침식홈들(110,112)이 형성된다. 타깃 어셈블리(70)를 그 동작 수명동안 적어도 한번 회전시킴으로써, 타깃의 수명은 연장되고, 타깃의 활용도가 증대된다. 침식홈들은 타깃의 모든 네 면을 따라 형성되며, 타깃의 중앙부의 활용도는 효과적으로 배가된다. 바람직하게는, 타깃 어셈블리는 그 수명동안 침식홈(100,102)이 타깃의 교체를 가르게 요구할 때 회전한다. 그러나, 타깃 어셈블리는 필요하다면 더 자주 회전될 수 있다. 도8에서 명백하듯이, 타깃 어셈블리(70)는 도6에 도시된 처음의 위치에 대하여 중심 둘레로 ±90% 회전할 수 있다.

전술과 같이, 기판의 단부에 가까운 챔버 벽 및 넓은 타깃 영역을 가지는 선형 주사 마그네트론 스퍼터링 시스템은 기판의 외곽 단부 근처에 상당히 두꺼운 그리고 기판의 중앙 영역에 상대적으로 얇은 증착 필름을 만들어 낸다. 이것은 타깃 중심 근처의 플라즈마에 있는 전자들은 타깃 단부 근처의 플라즈마에 있는 전자만큼 쉽게 빠져나갈 수 없기 때문인 것으로 이해되고 있다. 전자를 적게 잃는다는 것은 플라즈마가 지속되기 쉽게 된다는 것을 의미한다. 따라서 플라즈마 전압이 강하하고 따라서 스퍼터 량도 강하한다.

자기장 강도 및 플라즈마 밀도 사이의 관계에 관한 인식을 기초로 하여, 플라즈마 밀도는 중앙부의 자기장과 관련하여 자석 어셈블리의 단부 근처의 자기필드를 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 이것은 자석 어셈블리 및 타깃 표면 사이의 간격을 상대적으로 좁게 하고 단부 근처에서 더 크게 함으로써 이루어진다. 타깃 표면으로부터 다양하게 이격된 자석 어셈블리들이 도9 및 도10에 도시되어 있다. 도1내지 도3, 도9 및 도10에서와 같은 엘리먼트들은 동일한 인용번호를 사용하였다.

도9에서, 자석 어셈블리(130)는 중앙 섹션(132) 및 그의 대향하는 단부에 결합된 단부 섹션(134,136)을 포함한다. 자석 어셈블리(130)의 각 부분(132,134,136)은 플라즈마(50)를 생성하기 위하여 타깃(22)의 표면에서 자기장을 만들어내는 다수의 자석 엘리먼트(140)를 포함한다. 자석 어셈블리(130)의 단부에 인접한 부분(134,136)의 자석 엘리먼트(140)는 중앙 섹션(132)의 자석 엘리먼트(140)보다 타깃(22)으로부터 더 멀리 이격되어 있다. 단부 섹션(134,136)은 선형이거나 비선형일 수 있고 고정된 방향에서 중앙 섹션(132)에 결합되거나 또는 단부 섹션(134,136)의 자석 엘리먼트(140)와 타깃(22) 사이의 거리를 조정할 수 있도록 힌지에 의해 결합될 수 있다. 또한, 중앙 섹션(132) 및 단부 섹션(134,136)의 상대적인 길이는 본 발명의 범위 내에서 조정될 수 있다. 자석 어셈블리(130)에 관한 다른 구성에서, 단부 섹션(134,136)의 자석 어셈블리(140)는, 도9의 가상선으로 도시된 단부 섹션(134R,136R)과 같이, 중앙 섹션(132)의 자석 어셈블리(140)보다 타깃(22)에 더 가까이 존재한다. 이 구성은 다른 응용분야에서 두께의 균일성을 개선하기 위하여 사용될 수 있다.

다른 실시예가 도10에 도시되어 있다. 자석 어셈블리(146)는 제 1섹션(148) 및 제 2섹션(150)을 포함한다. 각 부분은 자석 엘리먼트(140)를 포함한다. 자석 어셈블리(146)의 부분들(148,150)은 자석 엘리먼트(140)와 타깃(22) 사이의 간격이 단부 자석 엘리먼트들에서의 간격보다 자석 어셈블리 중심에서 더욱 가깝게 구성된다. 섹션(148,150)은 선형이거나 비선형일 수 있고 고정된 방향으로 접속되거나 힌지에 의해 결합될 수 있다. 다른 구성에서, 자석 어셈블리(146)의 섹션(148,150)은 자석 엘리먼트(140)와 타깃(22) 사이의 간격이 단부근처의 자석 엘리먼트(140)에서의 간격보다 자석 어셈블리의 중심에서 더 멀리 있도록 구성된다. 이 구성은 자석 어셈블리(146)의 가상선으로 도시된 부분(148R,150R)으로 도시되어 있다. 이 구성은 어떤 다른 응용분야에서 두께의 균일성을 제공할 수 있다.

도9 및 도10에 도시된 자석 어셈블리에서는 자석 어셈블리의 단부 근처의 자석 엘리먼트들은 자석 어셈블리의 중심 근처의 자석 엘리먼트들보다 더 많이 또는 더 적게 간격지도록 이격되어 있으며, 타깃으로부터 균일하게 이격된 자석 어셈블리와 비교할 때 자석 어셈블리의 길이방향에 평행한 방향을 따라 개선된 균일성을 나타낸다. 이 구성은 균일성을 얻기 위하여 다른 크기, 강도 및/또는 이격거리를 가지는 자석 어셈블리들을 요구하지 않는다.

도9 및 도10에 도시된 자석 어셈블리의 구성은 자석 어셈블리의 길이방향에 평행한 방향에 따른 증착 두께의 균일성이라는 문제를 제기한다. 그러나, 두께의 균일성에 있어서의 또다른 편차가 자석 어셈블리의 주사방향을 따라(자석 어셈블리의 길이방향에 수직하게) 관찰되었다. 이 편차는 플라즈마 및 접지된 진공실 벽 사이의 간격이 자석 어셈블리가 주사됨에 따라 달라지고, 이것이 플라즈마 영역에서의 전기장의 편차를 야기하기 때문인 것으로 이해되고 있다. 더 나아가서, 전기장의 편차는 스퍼터링 율의 편차를 야기한다.

본 발명의 또다른 면은 도11 및 도12를 참조하여 설명된다. 도1 내지 도3, 도11 및 도12에서와 같은 엘리먼트는 동일한 인용부호를 사용하였다. 도11 및 도12에서는 그 단순화를 위하여 드라이브 어셈블리가 생략되었다. 도11 및 도12의 실시예에서, 진공실(12) 내의 타깃(22) 및 기판(10) 사이에 단부(200)가 구비되어 있다. 단부(200)는 타깃(22)으로부터 기판(10)상으로 스퍼터링된 재료에 실질적으로 투명하여야 한다. 예를 들어, 이것은 일련의 이격된 애노드 와이어(204) 또는 상당히 큰 개방영역을 가지는 도전성 메시(mesh)에 의하여 구현될 수 있다. 도11 및 도12의 예에서, 정지 전극(200)은 타깃(22)과 기판(10) 사이에 위치하며 접지와 같은 적절한 전위에 접속되어 있는 이격된 평행 애노드 와이어(204,206등)를 포함한다. 애노드 와어어들은 진공실 벽에 접속될 수 있으며 또는 별개의 전원과 결합될 수도 있다. 타깃(22) 및 기판(10) 사이의 단부는 자석 어셈블리(24)가 타깃(22)상을 주사함에 따라 플라즈마(50)로부터의 거리에서 편차를 거의 발생시키지 않는 접지 전위와 같은 고정된 전위를 제공한다. 따라서 전 주가 기간동안 플라즈마(50)의 영역에서 실질적으로 일정한 전기장이 존재한다. 나아가, 실질적으로 일정한 전기장은 자석 어셈블리(24)가 타깃(22) 상을 주사할 때 실질적으로 일정한 플라즈마 특성을 만들어 낸다. 애노드 와이어(204,206 등)의 직경 및 애노드 와이어들 사이의 간격을 선정하는 것은 자석 어셈블리(22)가 타깃(22) 상을 주사할 때 플라즈마(50)의 영역에서 실질적으로 일정한(즉, 약 5% 이내로 일정한) 전기장을 제공하도록 또한 타깃(22)으로부터 스퍼터링된 재료의 대부분이 기판(10)에 도달할 수 있도록 선정된다. 한 예에서, 직경이 0.030 인치이고 애노드 와이어 사이의 간격이 1인치인 텅스텐 와이어가 훌륭한 균일성을 제공한다는 것이 발견되었다.

본 발명의 또 다른 면은 도13 및 도14를 참조하여 설명된다. 도1 내지 도3, 도13 및 도14에서 도시된 같은 엘리먼트는 동일한 인용부호를 사용하였다. 도13 및 도14에서는 그 단순화를 위하여 드라이브 어셈블리가 생략되었다. 도13 및 도14의 구성에는, 제1 단부(220) 및 제2 단부(222)를 구비하며, 이들은 주사동안 자석 어셈블리(24)에 의하여 추종되는 경로의 단부 또는 그 근처에 타깃(22)의 양쪽 단부를 따라서 위치된다. 단부(220,222) 각각은 바람직하게는 타깃(22)의 양쪽 단부(26,28)에 인접하게 또한 타깃(22) 및 기판(10) 사이의 영역에 인접하게 위치된다. 자석 어셈블리(24) 및 플라즈마(50)의 주사는 도13 및 도14에서 타깃(22) 왼쪽의 플라즈마(50') 및 타깃(22) 오른쪽의 플라즈마(50')로 도시되어 있다. 따라서, 전극(220,222)에 관한 플라즈마(50)의 위치는 자석 어셈블리의 주사동안 변하게 된다. 바람직하게는 전극(220,222)은 가변 전압원(230)에 결합된다.

전압원(230)에 의하여 전극(220,222)에 인가되는 전압은 자석 어셈블리(24) 및 플라즈마(50)의 주사와 동기되어 가변되도록 구성되어 있어서 주사동안 실질적으로 일정한 플라즈마 특성을 생성한다. 전극(220,222)에 인가되는 적절한 파형의 예가 도15에 도시되어 있다. 파형(240)은 전극(220)에 인가되며, 파형(242)은 전극(222)에 인가된다. 각각의 파형은 플라즈마(50)가 주사 사이클동안 전극으로부터 가장 멀 때 O볼트와 플라즈마(50)가 주사 사이클동안 전극에 가장 가까울 때 -100볼트 사이에서 선형적으로 변화한다. 도 15에서, 시간 T₁및 T₆은 플라즈마(5)가 전극(220)근처에 있을 때의 시간에 상응하며, 시간 T₂및 T₅는 플라즈마(5)가 주사 사이클의 중간에 있을때의 시간에 상응하며, 시간 T₃은 플라즈마(50)가 전극(222) 근처에 위치할때의 시간에 상응한다. 다른 파형 및 전압 레벨이 다른 응용에 사용될 수있다. 전극(220, 222)은 스퍼터링된 막의 두께 균일성이 향상되도록 형성될 수있다. 더욱이, 전극(220, 222)은 스퍼터링된 막의 두께 균일성을 향상시키기 위하여 다른 세그먼트에 공급되는 다른 전압으로 분할될 수있다.

본 발명의 선형 주사 마그네트론 스퍼터링 시스템의 다른 실시예는 도 16-도 18에 도시되어 있다. 도 1-3와 도 16-18에 도시된 동일한 엘리먼트는 동일한 부호를 가진다. 도 16018의 실시예에 있어서, 주사 애노드(250)는 드라이브 어셈블리(30)에 기계적으로 결합되며 자석 엘리먼트(24)와 함께 주사된다. 애노드(250)는 자석 어셈블리(24)와 정렬되어 타깃(22) 및 기판(10)사이에 배치된다. 결과적으로, 애노드(150)는 주사동안 플라즈마(50)에 대해 소정 관계를 유지한다. 애노드(250)는 바람직하게 비교적 작은 직경을 가진 하나 이상의 가늘고 긴 컨덕터를 포함하여 블로킹 스퍼터 타깃 재료가 기판(10)에 도달하는 것을 막는다. 도 16-18의 실시예에 있어서, 애노드(250)는 이동 어셈블리(260)를 형성하기 위하여 지지부재(254, 256)에 이해 자석 어셈블리(24)에 기계적으로 결합된다. 지지 부재(254)는 타깃(22)의 에지(26) 둘레에서 애노드(250)의 한 단부와 자석 어셈블리(24)의 한 단부사이에 접속되며, 지지 부재(256)는 타깃(22)의 에지(28) 둘레에서 애노드(250)의 다른 단부와 자석 어셈블리(24)의 다른 단부사이에 접속된다. 지지부재(254, 256)는 바람직하게 비도전성이어서, 애노드(250) 및 자석 어셈블리(24)는 다른 전기 전위가 유지될 수있다. 타깃 어셈블리의 구조는 도 4 및 도 5에 도시되어 있으며, 전술한 것처럼 애노드(250) 및 자석 어셈블리(24)사이에 지지 부재(254, 256)의 접속을 용이하게 하며, 타깃(22)에 대해 이동 어셈블리(260)의 주사를 허용한다. 이는 타깃이 선형 주사의 단부에서 반대 에지를 따라서만 기계적을 지지된다. 애노드(250)는 접지와 같은 소정 전압에 접속될 수있으며, 플라즈마(50)가 영역에서 일정한 전기장을 유지하며, 자석 어셈블리(24)에 의한 주사동안 일정한 플라즈마 특성을 유지한다. 도 16-18의 실시예는 플라즈마(50)의 영역에서 더 일정한 전기장을 제공하여, 애노드(250)가 주사동안 플라즈마(50)와 소정의 물리적인 관계를 가지기 때문에 도 11-14의 실시예보다 더 일정한 플라즈마 특성을 제공한다.

다른 기계적인 구조는 애노드(250)를 지지 및 주사하기 위하여 이용될 수있다. 예를들어, 애노드(250)는 자석 어셈블리(24)에 보다 오히려 드라이브 어셈블리(30)에 직접 접속될 수있으나, 드라이브 어셈블리(30)와 동기되는 제 2 드라이브 어셈블리에 접속될 수있다. 애노드(250)는 주사동안 자석 어셈블리(24)와 동기로 이동되어 소정의 물리적인 관계가 애노드(250) 및 플라즈마(50)사이에서 유지되는 것이 요구된다. 애노드(250)는 도 16에 도시된 두개의 평행 컨덕터, 단일 컨덕터 또는 두개 이상의 컨덕터를 이용할 수있다. 블로킹 스퍼터 타깃 재료가 기판(10)에 도달되지 않고 애노드가 주사동안 일정한 플라즈마 특성을 유지하는 것이 요구된다.

도 16-18의 이동 애노드 실시예의 다른 특성은 도 19를 참조로하여 기술된다. 스퍼터 소스의 개략적인 부분 정면도가 도시된다. 도 16-19에 도시된 동일한 엘리먼트는 동일 부호를 가진다. 드라이브 어셈블리는 설명을 단순화하기 위해 도 19에서 생략된다. 바람직한 실시예에 있어서, 애노드(250)는 도전 튜브로써 구성되며, 냉각 가스 또는 유체는 도전 튜브를 통해 순환된다. 도전 튜브는 접지와 같은 바람직한 전위가 유지되며, 순환하는 유체는 애노드의 온도 상승을 제한한다.

도 16-18의 주사 애노드 실시예의 다른 특징에 따르면, 자석 어셈블리(24) 및 애노드(250)를 포함하는 이동 어셈블리(260)는 하나 이상의 처리 가스 튜브(270)를 더 포함할 수있다. 처리 가스 튜브는 타깃(22) 및 기판(10)사이에서 애노드(250)에 인접하여 배치될 수있다. 처리 가스 튜브(270)는 처리 가스를 플라즈마 영역(50)에, 전형적으로 기판(10)쪽으로 전달하는 구멍을 포함할 수있다. 처리 가스는 스퍼터링 공정에서 이용될 수있다. 스퍼터링 공정에 이용된 처리 가스의 실시예는 질소 및 산소를 포함한다. 도 19의 구조는 자석 어셈블리(24)의 주사동안 처리가스가 플라즈마(50)의 영역에 직접 전달되는 장점을 가진다. 임의의 수의 처리 가스 튜브가 이용될 수있다. 더욱이, 다른 처리 가스 튜브는 다른 처리가스를 전달할 수있다. 애노드(250)의 활성 냉각이 요구되지 않을때, 애노드는 처리가스를 플라즈마(50)의 영역에 전달하는 구멍을 가진 도전 튜브로써 구성될 수있다.

애노드(250)에 대한 전기 접속, 애노드(250)로의 냉각 유체의 전달 및 배출 및 처리 가스 튜브(270)로의 처리가스의 전달은 이동 어셈블리(260) 및 스퍼터링 시스템이 소정 부분사이에 가요성 접속을 요구한다. 종래 가요성 접속이 이용될 수있다.

도 16-19의 주사 애노드 실시예의 다른 특징은 도 20A 및 도 20B를 참조로하여 기술된다. 처리가스를 전달하는 튜브(300)는 그것의 길이를 따라 일정한 간격을 두고 떨어져 있는 구멍(302)을 가진다. 튜브(300)는 전술한 것처럼 애노드(250) 및 처리 가스 튜브(270)에 대응 할 수있다. 배플 구조(310)는 전술한 것처럼 그것의 길이를 따라 튜브(300) 둘레에 배치된다. 배플 구조(310)는 튜브(302), 튜브(300) 및 배출구(312)의 구멍(302)사이에 뱀 모양의 경로를 제공할 수있다. 배플 구조(310)는 구멍(302)을 통해 튜브(300)에 의해 전달된 가스 흐름을 확산하며, 선택된 방향, 즉 기판쪽으로 바람직하게 전달되는 처리 가스의 균일한 선형 간막이를 제공한다. 전형적으로, 처리 가스는 기판 표면에서 타깃의 재료와 반응하도록 요구된다. 예를들어, 마그네슘 산화물은 마그네슘 타깃으로부터 기판상에 형성될 수있으며, 산소 가스는 튜브(300)를 통해 전달된다. 처리 가스가 기판쪽으로 전달되지 않는 곳에서, 마그네슘 산화물은 타깃 표면상에 형성될 수있다. 타깃의 마그네슘 산화물 오염은 스퍼터링 공정을 간섭할 수있다. 도 20A 및 도 20B에 도시된 구조는 타깃 표면에 도달하는 처리 가스의 양을 사실상 감소시킨다. 다양한 다른 배플 구조, 모양 및 구성은 가스 흐름을 기판쪽으로 행하게 하기 위하여 이용될 수있다.

따라서, 자석 어셈블리(24)의 주사 속도가 주사 경로의 끝에서 일정하게 유지되는 것이 가정되었다. 본 발명의 다른 특징에 따르면, 주사속도는 증착된 막의 균일성을 제어하기 위하여 자석 어셈블리 위치의 함수로써 변화될 수있다. 특정 영역에서 주사속도를 감소시킴으로써, 막의 두께는 증가된다. 역으로, 특정 영역에서 주사속도를 증가시킴으로써, 막의 두께는 감소된다. 주사속도 프로파일의 예는 도 21에 도시된다. 주사 속도는 주사 경로를 따르는 위치의 함수로써 작도된다. 도 16를 참조로 하면, 주사 위치(320)는 타깃(22)의 에지(26)에 대응하며, 주사 위치(322)는 타깃(22)의 에지(28)에 대응한다. 주사 속도 프로파일(324)은 타깃(22)의 에지(26, 28) 근처에서의 감소된 속도에 의해 특징되어, 기판의 에지 근처에서 증착된 막의 두께를 증가시킨다. 주사 속도는 주사 경로의 임의의 적정 영역에서 증가되거나 감소될 수있다.

본 발명의 선형 주사 마그네트론 스퍼터링 시스템의 다른 실시예는 도 22 및 도 23에 도시되어 있다. 도 1-3, 16-18, 22 및 23에 도시된 동일한 엘리먼트는 동일한 부호를 가진다. 전술한 실시예에서, 타깃은 제 위치에 고정되며, 자석 어셈블리는 타깃에 대해 주사된다. 도 22 및 도 23의 실시예에서는 가동 타깃(340)이 이용된다. 가동 타깃(340)은 자석 어셈블리(24) 및 애노드(250)에 기계적으로 결합될 수있다. 자석 어셈블리(24), 애노드(250) 및 타깃(340)은 기판(10)에 대해 선형적으로 주사되는 이동 어셈블리를 구성한다. 가동 타깃(340)은 소정 타깃보다 실질적으로 더 작을 수있다. 특히, 기판(10)과 맞선 타깃(340)의 표면은 그것이 플라즈마(50)에 의해 덮혀진 영역보다 실질적으로 더 크지 않도록 크기를 가질 수있다. 도 22 및 도 23의 구조는 타깃 표면의 오염이 감소되는 장점을 가진다. 이는 플라즈마(50)가 동작동안 전체적인 타깃 표면을 덮으며 오염을 막기 때문이다.

당업자는 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않고 본 발명을 변형할 수있다. 따라서, 본 발명은 청구범위의 사상 및 범위에 의해서만 제한된다.

따라서, 본 발명은 증착 두께 균일성을 얻을 수 있는 스퍼터링 시스템을 제공할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (47)

1. 기판상에 재료를 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 소스에 있어서,

   기판으로부터 일정한 간격을 유지하며 상기 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃과;

   상기 타깃의 표면에 플라즈마를 한정하기 위해 상기 타깃에 근접하게 배치된 자석 어셈블리와;

   상기 타깃에 대해 상기 자석 어셈블리를 주사하는 드라이브 어셈블리와;

   상기 자석 어셈블리가 상기 타깃에 대하여 주사될 때 일정한 플라즈마 특성을 유지하기 위하여 전압원에 결합되는 애노드를 가지는 애노드 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
2. 제 1항에 있어서, 상기 자석 어셈블리는 상기 타깃에 대한 주사방향을 따라 상기 드라이브 어셈블리에 의해 선형적으로 주사되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
3. 제 2항에 있어서, 상기 플라즈마는 긴 쪽이 상기 자석 어셈블리의 주사방향에 수직한 가늘고 긴 플라즈마 트랙을 한정하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
4. 제 3항에 있어서, 상기 자석 어셈블리는 상기 타깃의 양쪽 에지에 인접하여 단부를 가진 경로를 따라 주사되며; 상기 애노드는 상기 경로의 양쪽 단부에 또는 상기 경로의 양쪽 단부 근처에 배치된 제 1 및 제 2 정지 전극을 포함하며; 상기 전압원으로부터 상기 전극으로 공급되는 전압은 상기 자석 어셈블리가 상기 일정한 플라즈마 특성을 유지하기 위하여 상기 경로를 따라 주사될 때 변화되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
5. 제 1항에 있어서, 상기 애노드는 상기 타깃 및 상기 기판사이에 배치된 정지 전극을 포함하며, 상기 정지 전극은 상기 기판상에 증착되는 상기 타깃의 재료로 전도되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
6. 제 5항에 있어서, 상기 정지 전극은 상기 타깃 및 상기 기판사이에 배치된 일정하게 이격된 다수의 애노드 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
7. 제 5항에 있어서, 상기 정지 전극은 상기 타깃 및 상기 기판사이에 배치된 메시를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
8. 상기 제 2항에 있어서, 상기 애노드는 상기 자석 어셈블리에 의해 주사되며, 주사동안 상기 자석 어셈블리에 대해 고정 위치를 유지하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
9. 제 8항에 있어서, 상기 애노드는 상기 타깃 및 상기 기판사이에 배치되며, 상기 드라이브 어셈블리에 기계적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
10. 제 8항에 있어서, 상기 애노드는 상기 타깃 및 상기 기판사이에 배치되며, 상기 타깃의 양쪽 에지 둘레에서 상기 자석 어셈블리에 기계적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
11. 제 8항에 있어서, 상기 애노드는 상기 타깃 및 상기 기판사이에 배치되고 상기 플라즈마의 양측면상에서 일정한 간격을 유지하는 가늘고 긴 컨덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
12. 제 8항에 있어서, 상기 애노드는 냉각 유체를 순환시키는 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
13. 제 8항에 있어서, 상기 애노드는 처리 가스를 전달하는 구멍을 가진 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
14. 제 13항에 있어서, 상기 튜브에 의해 전달되는 처리가스가 우선적으로 선택된 방향으로 이동하도록 상기 튜브 둘레에 배치된 배플 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
15. 제 12항에 있어서, 상기 플라즈마의 영역으로 처리가스를 전달하기 위하여 상기 애노드와 함께 이동할 수있는 적어도 하나의 처리가스 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
16. 제 15항에 있어서, 상기 처리가스 튜브에 의해 전달되는 처리 가스가 선택된 방향으로 우선적으로 이동하도록 상기 처리가스 튜브 둘레에 배치된 배플 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
17. 제 1항에 있어서, 상기 애노드는 접지 전위에 접속되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
18. 제 1항에 있어서, 상기 자석 어셈블리는 상기 타깃에 대한 주사 방향을 따라 상기 드라이브 어셈블리에 의해 선형적으로 주사되며, 상기 플라즈마는 긴 쪽이 상기 주사 방향에 수직한 가늘고 긴 경마트랙형 플라즈마를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
19. 제 1항에 있어서, 상기 자석 어셈블리는 상기 타깃에 대한 주사 방향에 따라 상기 드라이브 어셈블리에 의해 선형적으로 주사되며, 상기 드라이브 어셈블리는 상기 자석 어셈블리가 상기 타깃에 대해 주사될 때 상기 자석 어셈블리의 주사 속도를 변화시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
20. 제 19항에 있어서, 상기 자석 어셈블리의 주사속도를 변화시키는 상기 수단은 상기 타깃의 양쪽 에지 근처에서 주사속도를 감소시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
21. 기판상에 재료를 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 소스에 있어서,

    기판으로부터 일정한 간격을 유지하며 상기 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃과;

    상기 타깃의 표면에 플라즈마를 한정하기 위해 상기 타깃 근처에 근접하게 자석 어셈블리 및 상기 플라즈마의 영역에 전기장을 발생시키는 애노드를 가지는 가동 어셈블리와;

    상기 타깃에 대한 미리 설정된 선형경로를 따라 상기 가동 어셈블리를 주사하는 드라이브 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
22. 제 21항에 있어서, 상기 플라즈마는 긴 쪽이 상기 선형경로에 수직한 가늘고 긴 폐쇄루프 경마트랙형 플라즈마를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
23. 제 22항에 있어서, 상기 애노드는 상기 타깃 및 상기 기판사이에 배치되며, 상기 타깃의 양쪽 에지 둘레에서 상기 자석 어셈블리에 기계적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
24. 제 22항에 있어서, 상기 애노드는 상기 타깃 및 상기 기판사이에 배치되고 상기 플라즈마의 양측면상에서 일정을 간격을 유지하는 가늘고 긴 컨덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
25. 제 21항에 있어서, 상기 애노드는 냉각 유체를 순환시키는 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
26. 제 21항에 있어서, 상기 애노드는 처리가스를 전달하는 구멍을 가진 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
27. 제 26항에 있어서, 상기 튜브에 의해 전달되는 처리가스가 선택된 방향으로 이동하도록 상기 튜브 둘레에 배치된 배플장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
28. 제 21항에 있어서, 상기 가동 어셈블리는 상기 타깃 및 상기 기판사이에 배치되고 상기 플라즈마의 영역으로 처리가스를 전달하는 상기 애노드와 함께 이동할 수 있는 적어도 하나의 처리가스 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
29. 제 28항에 있어서, 상기 처리가스 튜브에 의해 전달되는 처리가스가 선택된 방향으로 우선적으로 이동하도록 상기 처리가스 둘레에 배치된 배플장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
30. 제 21항에 있어서, 상기 애노드는 상기 가동 어셈블리가 상기 드라이브 어셈블리에 의해 주사될 때 상기 플라즈마에 대해 소정의 물리적인 관계를 유지하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
31. 기판상에 재료를 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 소스에 있어서,

    기판으로부터 일정한 간격을 유지하며 상기 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃과;

    상기 타깃의 표면에 플라즈마를 한정하기 위해 상기 타깃에 근접하게 배치된 자석 어셈블리를 포함하는데, 상기 자석 어셈블리는 다수의 자석 엘리먼트를 가지며, 상기 자석 엘리먼트의 적어도 몇몇은 상기 타깃의 표면으로부터 다른 공간에 있으며;

    주사방향을 따라 상기 타깃에 대해 상기 자석 어셈블리를 주사하는 드라이브 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
32. 제 31항에 있어서, 상기 자석 어셈블리는 가늘고 긴 구조를 가지며, 상기 자석 어셈블리의 단부 근처에 있는 자석 엘리먼트는 상기 자석 어셈블리의 중심 근처에 있는 자석 어셈블리보다 상기 타깃의 표면으로부터 더 멀리 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
33. 제 31항에 있어서, 상기 자석 어셈블리는 가늘고 긴 구조를 가지며, 상기 자석 어셈블리의 단부 근처에 있는 자석 엘리먼트는 상기 자석 어셈블리의 중심 근처에 있는 자석 엘리먼트보다 상기 타깃의 표면으로부터 더 멀리 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
34. 제 31항에 있어서, 상기 자석 어셈블리는 상기 힌지에 의해 결합된 적어도 두 개의 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
35. 제 34항에 있어서, 상기 자석 어셈블리의 섹션은 선형 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
36. 제 31항에 있어서, 상기 자석 엘리먼트 및 상기 타깃의 표면사이의 공간은 상기 기판상에 상기 타깃의 재료를 균일하게 증착시키기 위하여 선택되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
37. 마그네트론 스퍼터링 소스용 스퍼터링 타깃 어셈블리에 있어서,

    표면과 냉각 유체를 위한 통로를 각각 가지는 다수의 개별 후면 엘리먼트와;

    상기 후면 엘리먼트의 표면에 결합된 타깃 엘리먼트와;

    상기 후면 엘리먼트 및 상기 타깃 얼리먼트를 상기 타깃 어셈블리의 소정위치에 장착하며, 상기 타깃 어셈블리의 양쪽 에지를 지지하는 지지 엘리먼트 및 상기 후면 엘리먼트중 인접한 한 엘리먼트의 슬롯에 삽입되는 키이를 가지는 지지장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃 어셈블리.
38. 제 37항에 있어서, 4개의 타깃 엘리먼트와 4개의 후면 엘리먼트를 포함하며, 상기 각각의 타깃 엘리먼트는 정사각형 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃 어셈블리.
39. 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃과, 상기 타깃의 표면에 플라즈마를 한정하는 자석 어셈블리와, 상기 타깃에 대해 상기 자석 어셈블리를 선형적으로 주사하는 드라이브 어셈블리를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 소스를 동작시키는 방법에 있어서,

    상기 타깃의 동작 라이프동안 상기 자석 어셈블리에 대한 제 1 고정 위치로부터 상기 자석 어셈블리에 대한 제 2 고정위치에 상기 타깃을 적어도 한번 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
40. 제 39항에 있어서, 상기 타깃은 중심부를 가지며, 타깃을 이동시키는 상기 단계는 상기 중심에 대해 상기 타깃을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
41. 제 40항에 있어서, 상기 플라즈마는 긴 쪽이 상기 자석 어셈블리의 주사 방향에 수직한 가늘고 긴 폐쇄루프 경마트랙형 플라즈마를 포함하며, 상기 자석 어셈블리는 상기 플라즈마의 각 단부에서 상기 타깃내에 비교적 깊은 침식 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
42. 제 41항에 있어서, 상기 타깃의 상기 제 1 및 제 2 고정 위치는 상기 타깃의 중심에 대해 ±90%만큼 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
43. 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃과, 상기 타깃의 표면에 플라즈마를 한정하는 자석 어셈블리와, 상기 타깃에 대해 상기 자석 어셈블리를 선형적으로 주사하는 드라이브 어셈블리를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 소스를 동작시키는 방법에 있어서,

    상기 타깃상에서 원하는 스퍼터링된 막 두께 특성을 얻기 위하여 주사동안 상기 타깃에 대해 상기 자석 어셈블리의 주사속도를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
44. 제 43항에 있어서, 주사속도를 변화시키는 상기 단계는 균일한 스퍼터링 막 두께를 달성하기 위하여 상기 타깃의 양쪽 에지 근처에서 주사속도를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
45. 기판상에 재료를 증착하는 마그네트론 스퍼터링 소스에 있어서,

    기판으로부터 일정한 간격을 유지하며 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃, 상기 타깃의 표면에 플라즈마를 발생시키기 위해 상기 타깃에 근접하게 배치된 자석 어셈블리 및 상기 플라즈마의 영역에 전기장을 발생시키는 애노드를 포함하는 가동 어셈블리와;

    상기 기판에 대한 미리 설정된 선형 경로를 따라 상기 가동 어셈블리를 주사하는 드라이브 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
46. 제 45항에 있어서, 상기 플라즈마는 긴 쪽이 상기 선형경로에 수직한 가늘고 긴 폐쇄루프 경마트랙형 플라즈마를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
47. 제 45항에 있어서, 상기 애노드는 상기 가동 어셈블리가 상기 드라이브 어셈블리에 의해 주사될 때 상기 플라즈마에 대해 소정의 물리적인 관계를 유지하며, 상기 애노드는 일정한 플라즈마 특성을 유지하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 소스.